Simulation Fluid-Struktur Interaktion 2D rutschendes gefülltes Becherglas

Hier präsentieren wir die Simulation einer Fluid-Struktur Interaktion eines rutschenden gefüllten Becherglases in 2D. Bei dieser Fluid-Struktur-Kopplung wird eine Wand zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeschaltet und ein mit Wasser gefülltes Becherglas setzt sich aufgrund der Schwerkraft in Bewegung und rutscht eine schiefe Ebene hinunter. Das Becherglas ist als starrer Körper modelliert und kann sich ohne Zwangsbedingungen frei bewegen, wenn Kräfte auf es wirken. Der einzelne starre Körper kann mit der Wand bzw. dem Boden kollidieren und die Bewegungsrichtung beliebig ändern. Die Stöße werden in dieser Studie als vollkommen unelastische Stöße angenommen. Ein unelastischer Stoß ist im Gegensatz zu einem elastischen Stoß ein Stoß, bei dem die kinetische Energie aufgrund der Wirkung der inneren Reibung nicht erhalten bleibt. Die Software kann beide Kollisionsregime, die durch einen Plastizitätskoeffizienten gesteuert werden, berechnen.

Abb. 1: CAD Gruppen erstellt in NOGRIDs COMPASS

Abb. 2: Setup des FSI Becherglas-Falls

Abb. 3: Ergebnis-Ansicht des FSI Becherglas-Falls in der NOGRID GUI

Abb. 4: Animation des FSI Becherglas-Falls

Die in dieser Studie simulierte Fluid-Starrkörper Interaktion wird vollständig gekoppelt mit der Lagrange-Methode gelöst. Vollständig gekoppelt bedeutet, dass die Bewegung (Translation und Rotation) des Bechers (= starrer Körper) und die Fluidvariablen für Geschwindigkeit und Druck gleichzeitig in einer großen Lösungsmatrix gelöst werden (kein iteratives hin-und her-Schalten zwischen den Lösungsvariablen notwendig). Diese Fluid-Struktur-Kopplung (engl. FSI Fluid-Structure-Interaction) bezeichnet im Ingenieurwesen die Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von beweglichen, nicht unbedingt starren Körpern und einer Strömung. Die Wechselwirkung zwischen der Fluidströmung und den Körpern tritt in vielen physikalischen Anwendungen auf.
Die Wasserströmung im Becher verursacht sowohl eine Verschiebung als auch eine Drehung der starren Körper aufgrund der Kräfte und der Drehmomente, welche von der Flüssigkeit auf den Becher ausgeübt werden. Umgekehrt bewirkt die Bewegung des Bechers Veränderungen in der Strömung. Ändert sich also auch die Strömung aufgrund der Struktur, liegt eine sogenannte echte, zweiseitige Fluid-Starrkörper-Kopplung vor. Bei mehreren beteiligten starren Körpern kann die Bewegung eines Körpers natürlich auch durch Stöße mit anderen Körpern beeinflusst werden.

Dem Becher in dieser Simulation wird, wie bei jedem starren Körper in der FS-Kopplung, ein Gewicht und ein Massenträgheitsmoment zugeordnet. Damit verhält sich der starre Körper entsprechend den Kräften, die vom Fluid auf ihn wirken. Umgekehrt wird natürlich auch die Strömung durch die starren Körper beeinflusst. Der Becher ist hier reibungslos gelagert, d.h. er kann kräftefrei auf den Boden rutschen. Auch die gegenseitige Starrkörper-Wand Reibung ist in dieser Fallstudie kräftefrei. Als Reibungsgesetz zwischen den starren Körpern und zwischen starren Körpern und Wänden ist die "dynamische Reibung" oder auch Coulomb-Reibung implementiert, welche sich aber, wie in dieser Simulation, auch ausschalten lässt.

NOGRID points kann perfekt zum Designen und Problemlösen für alle Arten von FSI Prozessen verwendet werden.  NOGRID points hilft, die Strömung zu verstehen, indem sie Masse, Impuls und Bewegung einzelner und mehrerer starrer Körper berechnen und visualisieren kann. Sie erhalten transiente Größen, mit denen Sie die Effizienz der Bauteile bzw. Prozesse analysieren und bewerten können.

NOGRID points kann FSI Aufgaben auch zusammen mit freien Oberflächenströmungen lösen. Auch sich bewegende Ränder lassen sich zusammen mit FSI Aufgaben berechnen und ermöglichen darüber hinaus die Simulation jeder denkbaren Geometrie:

  • Berechnung ist in voll 3D und die kompletten Navier-Stokes-Gleichungen werden gelöst
  • Einfache und intuitive Bedienung sowohl beim Aufsetzen als auch bei der Auswertung der Ergebnisse
  • Frei definierbare Materialeigenschaften durch User Gleichungen oder Kurven
  • Beliebige Bauteilgeometrien
  • Offene und geschlossene Kammern einschließlich der Bewegung von Bauteilen
  • Beliebig viele Einlässe, die sich beliebig ein- und ausschalten lassen
  • Bewegte Wände oder Einlässe

Stärken der Nogrid Software

Unsere Stärke ist das schnelle Preprocessing, da unsere Software auf einer gitterfreien Methode basiert - es muss kein Netz für das Fluidvolumen in 3D oder für die Fluidfläche in 2D generiert werden. Dies führt zu einer besonders kurzen Modellierungszeit (auch für komplizierte Modelle), so dass Sie im Vergleich zu gitterbasierten CFD-Softwareprodukten viel Zeit sparen können. Die gitterfreie Methode ist stark bei der Berechnung von bewegten Teilen oder bei der Berechnung von komplexen freien Oberflächen.
Wie Sie im Bild unten sehen können, benötigt man für die Ränder der Geometrie nach wie vor ein Netz, damit die inneren finiten Punkte den Rand detektieren können. Die Ränder müssen also vernetzt werden und die finiten Punkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.
Easy Modelling

Einfache und schnelle Modellierung: Geometrie erzeugen und Ränder vernetzen, Fall aufsetzen und Simulation starten

Was kann die NOGRID Strömungssimulationssoftware für Sie tun?

 

Verlässliche industrielle Prozesse sprechen für sich und sind verantwortlich für den Erfolg eines Unternehmens. Für viele Prozesse spielt das Strömungsverhalten des Fluids eine wichtige Rolle für den Erfolg. Da industrielle Designs oft sehr komplex sind, gibt es verschiedene Faktoren, die in Fluidströmungs-Anwendungen wichtig sein können. Durch eine CFD-Simulation mit einer professionellen Software können Sie Ihre Prozessleistung simulieren und relevante Parameter berücksichtigen: Die Anwendung von NOGRIDs numerischer Strömungssimulationssoftware ermöglicht es Ihnen, die Fluidströmung, den Wärme- und Massenübergang sowie eventuell stattfindende chemische Reaktionen vorherzusagen, zu analysieren und zu kontrollieren und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozessleistung zu optimieren. Dadurch erhalten Sie eine Basis für bessere Design-Entscheidungen.
Die Strömungssimulationssoftware von NOGRID ist ein gitterfreies Tool mit erstaunlicher Flexibilität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit. Die Software liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse für ein weites Feld von Fluidströmungs-Anwendungen.

 

Warum sollten Sie sich für NOGRID Strömungssimulationssoftware entscheiden?

 

Zusätzlich zum Testen und Experimentieren hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware die Bewertung Ihres Designs zu verbessern und den Erfolg Ihres industriellen Prozesses zu steigern. Zu lernen, wie sich die Fluidströmung verhalten wird und wie sicher industrielle Prozesse oder Prozessschritte funktionieren lässt Ihr Wissen von Simulation zu Simulation wachsen. Sie bekommen ein besseres Verständnis für Ihre Prozesse, was wiederum zu enormen Einsparungen von Herstellungskosten und - zeit und gleichzeitig zu einem Endprodukt von hoher Qualität führt. Durch Simulation erhalten Sie bessere Konstruktions- und Betriebsparameter, steigende Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.

 

Training

 

In unserem zwei-Tage Trainingskurs werden Sie lernen, wie man die NOGRID CFD/CAE Software effizient einsetzt. Unser technischer Support hat Erfahrungen in vielen Disziplinen und kann Ihnen zeigen, wie man schwierige Fälle bewertet, behandelt und löst.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Trainingskurse →

 

Technischer Support

 

Wir bieten den kompletten technischen Software Support an. Von der ersten Minute an, ab der Sie die Software nutzen, können Sie uns über Telefon oder E-Mail erreichen. Schreiben Sie uns, wir sind Ihnen gerne behilflich.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Software Support

 

Service

 

Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass die Vergabe von Simulationsaufgaben eine attraktive Möglichkeit sein kann, um schnell und kostengünstig anstehende Aufgaben zu bearbeiten. Basierend auf unserem Know-how können wir eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen anbieten.
Wir modellieren und entwickeln für Sie. Sie brauchen hierfür keine NOGRID-Software Lizenz zu kaufen. Wir bieten Ihnen einen individuellen Berechnungsservice für Ihre Verfahren und Prozesse an, der genau auf Ihre Wünsche zugeschnitten ist.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Simulation Services →

logo

Göttelmannstr. 13B
55130 Mainz, Germany
info@nogrid.com

Simulation Software from Nogrid

Follow Us: